BRPI0006851B1

BRPI0006851B1 - circuito de transformador de corrente com dupla corrente nominal

Info

Publication number: BRPI0006851B1
Application number: BRPI0006851A
Authority: BR
Inventors: Robert P Depuy
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2016-01-26
Also published as: HU229697B1; EP1108260A4; JP4846149B2; KR100737061B1; US6198268B1; WO2001001426A1; HUP0103335A3; ATE532192T1; BR0006851A; CA2340775A1; CN1191595C; AU6057500A; EP1108260A1; KR20030044740A; JP2003503836A; NO20010993L; HUP0103335A2; CN1316090A; NO321747B1; PL194110B1

Abstract

patente de invenção: <b>"circuito de tranformador de corrente com dupla potência nominal"<d>. circuito de transformador de corrente com dupla potência nominal (10) tem uma primeira linha de corrente (12) que distribui uma primeira corrente (ia) e uma segunda linha de corrente (14) que distribui uma segunda corrente (ib). um transformador de corrente (20) é acoplado às primeira e segunda linhas de correntes, em que o transformador gera uma corrente proporcional à corrente de cada uma das primeira e segunda linhas de correntes. o circuito pode ser miniaturizado devido ao circuito de entrada, que reduz a corrente de entrada para o transformador e técnicas de desenho do transformador que permitem a redução do tamanho.

Description

“CIRCUITO DE TRANSFORMADOR DE CORRENTE COM DUPLA CORRENTE NOMINAL” Campo da Invenção [0001] A presente invenção refere-se a um circuito de transformador decorrente com dupla potência nominal e, mais particularmente» a um circuito de transformador de capacidade dupla em miniatura para uso em um relé protetor.

Fundamentos da Invenção [0002] O uso de relés protetores para ou em um disjuntor ou outro aparelho elétrico é bem conhecido. Tradicionalmente, o relé detecta uma condição e gera um sinal para operar, por exemplo, uma bobina de disparo em um disjuntor nominal industrial de baixa amperagem, Um conjunto transformador de corrente é utilizado para proporcionar potência de operação ã bobina de disparo. Tradicionalmente, um núcleo único de transformador de corrente se encaixa dentro do disjuntor e fornece uma corrente e potência de operação suficientes ao circuito de unidade de disparo para um número de classificações de amperagem. [0003] Uma maneira de diminuir as restrições de tamanho, mas ainda permitindo a um circuito operar através de uma ampla faixa de classificações de amperagem é utilizar um tamanho fixo de transformador e um enrolamento fixo do secundário. O número de espiras do primário é variado inversamente com a classificação de amperagem do circuito. Veja a patente norte americana N-5.015.983, cedida ao cessionário da presente invenção. Contudo, a variação do número de espiras do primário em um circuito de transformador de corrente não permitirá que classificações de corrente de entrada diferentes produzam a mesma corrente através do enrolamento do primário. [0004] Além disso, disjuntores maiores para aplicações industriais ou de concessionárias, tradicionalmente, utilizam relés protetores que têm seus próprios invólucros. Os relés protetores têm outra fonte de energia para operar, que não do transformador de corrente. A saída do relé protetor, normalmente, é um dispositivo de contato ou de estado sólido para conectar a bobina de disparo a uma fonte de energia independente do relé. Para essa aplicação, os transformadores de correntes são usados para replicar e isolar a corrente de entrada e, normalmente, são classificados em um ampère ou cinco ampères. O transformador de corrente deve funcionar através de uma grande faixa de correntes, que inclui corrente de falta, que é muito maior do que a corrente nominal, para proteção e medição, e corrente de medição, que pode ser menor do que a corrente nominal. Tradicionalmente, um transformador de corrente típico para uma corrente nominal de entrada de um ampère terá um primário de vinte espiras e um projeto separado para uma corrente nominal de entrada de cinco ampères, que terá quatro espiras.

Sumário da Invenção [0005] Seria desejável, economicamente, portanto, proporcionar um circuito de transformador de corrente com dupla potência nominal que permite que pelo menos duas potências nominais de entrada de corrente diferentes sejam distribuídas para o transformador. Além disso, é desejável utilizar um circuito que possa ser míníaturizado. [0006] Um aspecto da presente invenção é proporcionar um circuito de transformador de corrente, com dupla potência nominal, que utiliza um transformador tendo um tamanho reduzido. [0007] Outro aspecto da invenção é um circuito de transformador que satisfará as exigências de aplicação, usando um material magnético típico, que tem um custo rei ativam ente baixo. O número de espiras pode variar devido às mudanças no material magnético ou à aplicação. [0008] Ainda outro aspecto da invenção é um circuito de transformador, que é projetado para produzir a mesma corrente de saída com uma primeira corrente nominal ou uma segunda corrente nominal.

[0009] De acordo com modalidades presente mente preferidas da presente invenção, um circuito de transformador de corrente com dupla potência nominal tem uma primeira linha de corrente, que distribui uma primeira corrente e uma segunda linha de corrente, que distribui uma segunda corrente. Um transformador é acoplado as primeira e segunda linhas de corrente, em que o transformador gera uma corrente proporcional à corrente de cada uma das primeira e segunda linhas de corrente. O transformador do circuito incorpora características de projeto, que reduzem seu tamanho global.

Descrição Resumida dos Desenhos [0010] Outras características e vantagens da presente invenção se tornarão evidentes da descrição seguinte de modalidades preferidas da invenção, que se refere aos desenhos anexos, em que: [0011] A Figura 1 é um diagrama esquemático de uma primeira modalidade do circuito de transformador de corrente com dupla potência nominal 10 da presente invenção. [0012] A Figura 2 é um diagrama esquemático de uma segunda modalidade do circuito de transformador de corrente com dupla potência nominal [0013] A Figura 3 é um diagrama esquemático de uma terceira modalidade do circuito de transformador de corrente com dupla potência nominal. [0014] A Figura 4 é uma vista lateral de um transformador usado no circuito da presente invenção.

Descricão Detalhada da Invenção [0015] O circuito de transformador com dupla potência nominal e o tamanho em miniatura do transformador nele incorporado permite um relé protetor tendo um tamanho reduzido. Deve ser apreciado que, o circuito da presente invenção não está limitado ao uso em relês protetores, mas pode ser usado em uma pluralidade de aplicações diferentes, [0016] Um circuito de transformador de corrente com dupla potência nominal está ilustrado na Figura 1. O circuito 10 inclui resiStores Ri, Rs e Rs conectados em série. Uma primeira corrente lA ou uma segunda corrente diferente lB é alimentada através das linhas de corrente 12 e 14, Uma corrente comum lc representa um curso de retorno comum para ambas, Ia e b* [0017] Um transformador de corrente 20 se comunica com ambas as correntes lA e Ib- O transformador 20 é um transformador com dupla potência nominal visto que ambas as diferentes capacidades de corrente Uou b produzirão a mesma corrente dentro da bobina do primário do transformador, que será descrito aqui depois. Desse modo, o transformador 20 gera uma corrente ip proporcional à corrente U ou t [0018] O transformador 20 inclui uma bobina de primário 22 e uma bobina de secundário 24. Por exemplo, o transformador 20 pode ser um transformador de núcleo íerromagnético. A bobina de primário 22 tem uma única espira, enquanto a bobina de secundário 24 tem múltiplas espiras, por exemplo, 13.000 espíras. A corrente reduzida Is da bobina de secundário 24 é proporcionai à corrente Ip através da bobina de primário 22, a referida corrente Ip sendo a mesma para ambas as capacidades de corrente Ia ou Ιβ. O circuito da presente invenção é projetado para Ia ou lB, de modo que um transformador padrão podería ser usado para as correntes de entrada de relé mais comuns. [0019] A bobina de secundário 24 é projetada por proporcionar uma baixa resistência refletida para o primário 22 e uma baixa carga para o transformador. A bobina de secundário 24 inclui resistência Rts. Um quarto resistor R4, junto como Rts, reflete para o primário. A polaridade da bobina de primário 22 é notada em 26 e a polaridade da bobina de secundário 24 em 28. Uma carga de saída, que é baixa, minimiza o tamanho do transformador. Finaimente, a carga de saída será menor do que a resistência do secundário Rts do transformador. [0020] A rede de resistores Ri, Ra e Rg proporciona duas entradas de corrente diferentes lA ou lB para fornecer uma corrente para o primário 22 do transformador em um valor menor do que lB. Fazendo referência mais uma vez à Figura 1, trabalhando do nó 30, corrente Ib é distribuída ao longo da linha 14 para o nó 30 e, por causa da disposição de derivação do circuito, resulta na corrente Ip através do primário do transformador. A corrente l,A se desloca para o nó 30 por intermédio da linha 12 e também produz a mesma corrente Ip. A tensão através de Ri para a corrente lA pode ser derivada da seguinte equação: [0021 ] Desse modo, a corrente Ip pode ser derivada da corrente U por intermédio da equação 2: (2) Ip=Vri / R2 + R3 = U Ri / R1 + R2 + R3 [0022] Igualmente, Vr3 e lp podem ser determinados através do uso da corrente Ir e da tensão Vr3 através do resistor R3 pelas seguintes equações: Vr3 = Ir (Ri + R2) R3/Ri + R2 + R3 (3) Ip=Vr;3/R3 = IB (R1 + R2) / R1 + R2 + R3 [0023] Equacionando as equações (2) e (3): Ia = Ib (Ri + R2) / R1 Ia/Ib = (Ri + R2)/Ri = 1 + R2 / R1 (4) R2 / R1 = lA / Ib - 1 [0024] Um exemplo de um circuito de transformador de corrente com dupla potência nominal de acordo com a presente invenção é como segue: Suponhamos que IA = 5 ampères IB = 1 ampère IP = 0,45 ampères 15 RTS = 4000 Ω R4 = 2000 Ω V0 = 0,0692 volts, em corrente nominal de entrada NP = 1 [0025] Em que Np é 0 número de espiras do primário do transformador 20 e NS é o número de espiras do secundário do transformador. Como o número de espiras do primário deve igualar 0 número de espiras no secundário, o número de espiras na bobina de secundário pode ser determinado como segue: (5) Ns = NP lp / Is Da Lei de Ohm: V0 = Is R4, onde V0 é a tensão através de R4.

Assim, V0 = lp NP R4 / Ns Ns = NP lp / Is = NP lp R4 / Vo Ns = 1 0,45 2000 / 0,0692 Ns = 13006 espiras [0026] Da equação (5): Ns Is = Np lp ls/lp = NP/Ns Vs = (Rts + R4) Is, onde Vs é a tensão através do secundário 24. [0027] Desse modo Vp, a tensão através do primário 22 é: (6) VP = Vsx NP / Ns [0027] RP sendo 0 valor da resistência do secundário refletida para 0 primário: Rp lp = (Rts + R4) Is Np / Ns Rp = (Rts + R4) Is / Ns Np / lp Rp = (Rts + R4) Np / lp Np / lp RP = (NP / Ns)2 (Rts + R4) = (1/13006)2 (4000 + 2000) Rp = 35,5 x 10'6 ohms [0028] Como qualquer tensão que é refletida para 0 primário circulará uma corrente, R1 + R2 + R3 deve ser muito alto, comparado com 35,5 x 10'6 ohms. Logo, assumimos que: R1 + R2 + R3 = 3,55 x 10'3 ohms [0029] Então, da equação (2): R1 = lp (R1 + R2 + R3) / Ia = 0,45 x 3,55 x 10'3 / 5 R1 = 320 x 10'6 ohms [0030] Da equação (4): R2 = (Ia/Ib-1)Ri = 320 X 10'6 (5/1-1) R2 = 1,28 X 10'3 ohms [0031] Da equação (2): lp = Ia R1 / R1 + R2 + R3 R3 = (IaRi/Ip)-(Ri + R2) = (5 (320 χ 10'6) / 0,45) - (320 X 10'6 + 1,28 x 10'3) R3 = 1,96 x 10'3 ohms [0032] Uma vez que U ou IB são fontes de corrente que vêm de um transformador de corrente do sistema de energia, que, tipicamente, tem uma impedância de fonte maior do que 100 Ω, elas, tipicamente, terão uma impedância de mais de duas ordens de magnitude maior do que a soma de Ri +R2 + R3. [0033] Então, a tensão através do primário pode ser calculada da equação: VP = lp (RTS + R4) / NSS = (0,45 x 6000) / (13,006 x 13,006) VP = 15,96 x 10'6V [0034] A corrente de circulação de Ri + R2 + R3 sendo Ipc, que subtrairá de Ipc- Ipc = Vp / Ri 4- R2 + Ra = 15,96 x 10'6 / 3,55 x 10'3 |pC = 4,50 x 10 3 A [0035] Desse modo, Ipc é, aproximadamente, 1 % de Ip e pode ser corrigida através da redução das espiras do secundário. [0036] Uma modalidade alternativa do circuito da Figura 1 é mostrada na Figura 2. Conforme mostrado na Figura 2, o transformador 20 inclui uma bobina de primeiro primário 22 através da qual a corrente lAP circula e uma segunda bobina de primário 34 através da qual a corrente lBp circula. Se R3 (Figura 1) se torna zero, lB igualará a corrente através da lp do primário, veja equação (3). Como a conexão de lB a k terá alguma resistência, a corrente circulará através do segundo primário 34. A extremidade do segundo primário para lBP é conectada a lc no mesmo nó 36 que Ri para impedir a corrente de circular através de Ri em série com R2. A tensão através de Ri pode ser derivada da seguinte equação: [0037] Da Lei de Ohm: IAP = VR1 / R2 [0038] Desse modo, a corrente IAP pode ser derivada da corrente IA pela equação: IAP = VR1 / R2 = IA R1 / R1 + R2 [0039] Se IB = 1A e IA = 5A e uma vez que IBP = IAP = IB, a proporção da resistência R1/R1 + R2 pode ser calculada como segue: Ri / Ri + Ra = Iap f U = 1/5 Ri / Ri + R2 = 0.2 ohms [0040] O acima é um caso especial onde IB = IBP e onde tendo dois primários de espira única não afetará o desenho do relé. [0041] Fazendo referência à Figura 3, outra modalidade da invenção é mostrada, em que a carga de tensão do transformador 20 é reduzida por aproximadamente o valor de R4 pela adição de um amplificador de inversão 40. O amplificador 40 inclui um terminal de entrada de inversão 42 marcado {-}, um terminal de entrada de não inversão 44 marcado (+) e um terminal de saída marcado 46. O circuito também inclui a bobina de secundário 24 tendo uma polaridade mostrada em 32. [0042] Como a tensão na entrada para o amplificador de inversão está próximo de zero, IS circula através de R4 e produz uma tensão de saída igual à V0 da Figura 1, com a mesma corrente circulando. Como o amplificador está invertendo a polaridade do secundário deve ser revertido para manter V0 como na Figura 1. [0043] A saída do transformador não vê a carga de R4, o que permitirá uma potência nominal de corrente de entrada maior. Como a carga é reduzida, o tamanho do transformador pode ser reduzido com a mesma potência nominal da corrente de entrada, [0044] Fazendo referência à Figura 4, o transformador 20 incorporado no circuito será ainda descrito, O transformador incluí uma bobina 50, que tem três flanges, 52, 54 e 56. A bobina tem uma primeira área de enrolamento 58 entre os flanges 54 e 56 e uma segunda área de enrolamento 60 substancial mente maior que a área 58 entre os flanges 52 e 54. A bobina de primário 22 é envolvida por pelo menos uma espira em torno da bobina na área58 e a bobina de secundário 24 é envolvida em torno da área maior 60. Desse modo, a maior parte do enrolamento no transformador 20 é o enrolamento do secundário, que produzirá uma baixa resistência. Isso reduz a excursão do fluxo e a excitação de corrente do material magnético 62, que é enrolado em torno da bobina. O material magnético 62 é um material de baixa excitação. O uso da maior parte da área de enrolamento para o enrolamento do secundário e o uso de um material de baixa excitação para o magnetismo são duas técnicas de projeto que permitem que o tamanho do transformador seja reduzido. [0045] Em resumo, o circuito de transformador de corrente com dupla potência nominal da presente invenção permite que duas potências nominais de entrada de corrente diferentes sejam distribuídas para o transformador. [0046] Além disso, o circuito pode ser miniaturizado devido ao circuito de entrada, o que reduz a corrente de entrada para o transformador e as técnicas de projeto do transformador que permitirão a redução do tamanho. [0047] Embora a presente invenção tenha sido descrita em relação a sua modalidade particular, muitas outras variações e modificações e outros usos se tornarão evidentes para aqueles versados na técnica. É preferido, portanto, que a presente invenção seja limitada não pela presente exposição específica, mas apenas pelas reivindicações anexas.

Claims

1. Circuito de transformador (20) de corrente com dupla corrente nominal (10) compreendendo: um transformador (20) tendo uma linha de entrada; um primeiro circuito em série com a referida linha de entrada, o referido primeiro circuito adaptado para receber uma primeira corrente (IA); um segundo circuito em série com a referida linha de entrada, o referido segundo circuito adaptado para receber uma segunda corrente (IB) que é diferente da referida primeira corrente (IA); sendo que o referido primeiro circuito e o referido segundo circuito são, cada um deles, adaptados para proporcionar uma terceira corrente (IP) para a referida linha de entrada que é a mesma, independente de se o referido primeiro circuito ou o referido segundo circuito está proporcionando a referida terceira corrente; o circuito de transformador (20) caracterizado por um circuito divisor de corrente conectado entre o referido primeiro circuito e o referido transformador (20).

2. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referido primeiro circuito e o referido segundo circuito compartilham uma linha de retorno de corrente comum.

3. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido primeiro circuito e referido segundo circuito compreendem uma pluralidade de resistores.

4. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido transformador (20) proporciona uma corrente reduzida em uma linha de saída.

5. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido transformador (20) tem uma bobina primária (22) e uma bobina secundária (24), em que a referida bobina secundária (24) proporciona uma baixa impedância refletida para a referida bobina primária (22).

6. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referido transformador (20) compreende material magnético (62) enrolado em torno de uma bobina primária (22) e de uma bobina secundária (24).

7. Circuito, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que referido material magnético (62) é um tipo de material de baixa excitação.

8. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referido transformador (20) tem uma bobina primária (22) e uma bobina secundária (24), em que a referida bobina secundária (24) reflete uma baixa resistência à bobina primária (22) e uma carga baixa para o transformador (20).

9. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referido transformador (20) compreende uma pluralidade de bobinas de primário.

10. Circuito, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que cada uma da referida pluralidade de bobinas de primário compreende uma única espira.

11. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um amplificador operacional (40) acoplado ao referido transformador (20).